Борьба за спасение оливковых деревьев Европы от болезни
Болезнь растений, распространяемая сосущими сок насекомыми, опустошает оливковые и фруктовые сады в Южной Европе. Ученые приближаются к сдерживанию ее распространения с помощью репеллентных глин, растительных барьеров и генетического анализа.
Во время сбора урожая в конце лета 2013 года оливковые фермеры в регионе Апулия на юге Италии заметили, что листья на некоторых деревьях буреют, а побеги увядают. Проблема распространялась, и все больше деревьев засыхало и погибало.
Генетическое тестирование подтвердило заражение бактерией Xylella fastidiosa, изначально обнаруженной в Америке. Вспышки вскоре появились по всему Средиземноморью, и даже на севере — в Германии в 2016 году.
Бактерию в основном разносят сосущие сок насекомые — цикадки-пенницы и горбатки. Питаясь, насекомые позволяют бактерии инфицировать ксилему — сосуды, транспортирующие воду и питательные вещества по растению. Разрушая ксилему, бактерия медленно «душит» растение.
«Мы имеем дело с очень серьезной ситуацией на юге Италии», — говорит доктор Мария Сапонари из Института защиты устойчивых растений в Бари (Италия). Европейские исследователи были застигнуты врасплох этой эпидемией. «Когда бактерия была обнаружена здесь, в Европе не было ни одного исследовательского центра, работающего конкретно с этим патогеном. Мы начинали с нуля».
Болезнь может поражать широкий спектр растений, включая кустарники (например, самшит и розмарин), дубы и важные сельскохозяйственные культуры, такие как лаванда. Плодовые культуры, включая вишню, сливу и оливу, относятся к видам высокого риска.
Вспышка усугубила проблемы в испытывающем трудности итальянском секторе производства оливкового масла. В 2018 году страна сообщила о падении урожая оливок на 57% по сравнению с 2017 годом — минимум за 25 лет. Исследователи винят морозную весну и летнюю засуху, которые ослабили деревья и сделали их более восприимчивыми к инфекции.
Жаркая летняя погода на юге Италии также могла способствовать распространению болезни, так как насекомые-переносчики в поисках пищи в засушливых условиях концентрировались на оливах. «Здесь летом оливы — единственные зеленые растения, которые мы видим. Кроны оливковых деревьев для них — как убежище для выживания», — отмечает доктор Сапонари.
Хотя болезнь обнаружена в ряде стран ЕС, «штаммы, завезенные на Корсику или в Испанию, гораздо менее агрессивны, чем штамм, распространяющийся в Апулии», — добавляет она.
В ответ доктор Сапонари возглавляет один из нескольких общеевропейских проектов, ищущих способы сдержать эту новую угрозу для оливковых культур Европы и отслеживать ее распространение. Ее проект XF-actors изучает генетику оливковых деревьев в поисках естественной устойчивости к Xylella fastidiosa, которую можно было бы использовать для выведения более устойчивых к болезни сортов.
Растения-барьеры и репелленты
Исследователи проекта также проводят полевые эксперименты по изучению естественных стратегий борьбы с болезнью, таких как использование каолиновой глины в качестве репеллента для насекомых. Другие экспериментируют с «барьерными растениями», которые можно высаживать вокруг оливковых рощ и других важных культур, чтобы отвлечь насекомых-переносчиков, и «растениями-индикаторами» (например, самшитом), которые проявляют симптомы бактериальной инфекции раньше, что позволяет быстро принять меры для сдерживания заражения.
Также надеются сдержать болезнь, вырубая зараженные растения, используя больше инсектицидов или высаживая культуры, менее восприимчивые к данному штамму бактерии.
Приоритет команды проекта — помощь в раннем обнаружении и сдерживании болезни. Полевые инспекции и новые технологии визуализации, разработанные в рамках проекта XF-actors, уже могут прогнозировать распространение бактерии и способы ее сдерживания. Например, комбинация тепловизионных изображений, полевых работ и спектроскопии теперь позволяет обнаруживать инфекцию у растений и деревьев еще до появления симптомов.
Вся эта информация помогает властям лучше понимать, в каких районах болезнь с большей вероятностью распространится, и куда направлять инспекторов.
На сегодня мониторинг и прогнозирование вспышек остаются сложными. Даже отслеживание насекомых-переносчиков требует многих часов сбора энтомологическими сачками с деревьев и кустарников. Ученым еще предстоит выяснить, как именно бактерия передается от насекомых к растениям.
«(Сачки) — лучший способ их поймать, — говорит профессор Альберто Феререс, энтомолог из Института сельскохозяйственных наук в Мадриде (Испания). — Их не очень привлекают липкие цветные ловушки. Они общаются с помощью звука — не используют цвет как визуальную подсказку для поиска растений-хозяев».
Проф. Феререс работает над проектом XF-actors, одновременно возглавляя другой проект POnTE, направленный на борьбу с патогенами, распространяемыми вредителями в Европе. Его команда стремится понять, как насекомые передают бактериальные заболевания, такие как Xylella fastidiosa.
Их исследования дают первые подсказки для стратегий, препятствующих передаче болезни. Одна из них — внедрение в насекомых других безвредных бактерий, которые затрудняют распространение Xylella fastidiosa.
«Они могут делать две вещи — пытаться подавить репликацию бактерий (Xylella), а также конкурировать с бактериями в переносчике за сайты связывания», — объясняет проф. Феререс.
«Сайт связывания — это точное место, где вирус или бактерия связывается внутри ротового аппарата насекомых», — уточняет он.
Его команда также экспериментирует с антимикробными пептидами (короткими фрагментами белка) и химическими веществами, которые могут мешать способности бактерии оставаться в теле насекомых.
Проект пытается доказать, какие насекомые могут подхватить бактерию с растения, а какие способны успешно передать ее другим растениям во время питания.
Команда проводит лабораторные эксперименты, помещая зараженных насекомых на растения в контролируемой среде, чтобы точно определить, что именно должно произойти для передачи бактерии — нужно ли кусать именно ксилему или достаточно других частей растения.
Бактерия также может по-разному влиять на каждый вид растений.
«Мы не знаем генетических детерминант, которые приводят к заражению одних видов растений, а не других… генетически близких», — говорит доктор Анн Сикар из Национального исследовательского института сельского хозяйства, продовольствия и окружающей среды (INRAE) в Монпелье (Франция).
Доктор Сикар возглавляет проект XYL-EID — совместную работу INRAE, Калифорнийского университета в Беркли (США) и Национального исследовательского совета Италии, который анализирует ДНК бактерии, чтобы выяснить причину таких различий.
Происхождение вспышки
Проект ищет гены, участвующие в адаптации бактерии к новым условиям, особенно в случае вспышки в Апулии. Ученые проанализировали 74 образца бактерий, собранных с зараженных оливковых деревьев по всему пораженному району, отсеквенировав каждый из их геномов.
Эта работа уже дает многообещающие данные о происхождении вспышки. Все образцы генетически очень похожи друг на друга, что подтверждает: вспышка в Апулии — результат интродукции и последующего укоренения единого штамма Xylella fastidiosa. Они также имели генетическое сходство со штаммом бактерии, обнаруженным в кофейных растениях в Коста-Рике.
Но хотя эти исследования в конечном итоге могут предоставить новые способы борьбы с болезнью, они вряд ли приведут к ее искоренению, добавляет проф. Феререс.
«Нам придется научиться жить с Xylella, но мы также должны разработать способы максимально сдерживать болезнь и избегать ситуаций, подобных той, что на юге Италии».